《射频电路设计》第1章 绪论
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射频电路设计 第一章
目 录
1、 引言 、 2、 传输线分析 、 3、 Smith圆图 、 圆图 4、 单端口网络和多端口网络 、 5、 射频滤波器设计 、 6、 有源射频元件 、 7、 有源射频电路器件模型 、 8、 匹配网络和偏置网络 、 9、 射频晶体管放大器设计 、 10、振荡器和混频器 、
第1章 引 言 章
横电磁模: Transverse electromagnetic mode
m/s （1.3）
300MHz，30GHz 在自由空间电磁波的 例1.1 计算 f = 30MHz，300MHz 波阻抗、相速和波长。 自由空间的相对磁导率和介电常数等于1 解：自由空间的相对磁导率和介电常数等于 波阻抗： 波阻抗： Z 0 = 相 速： v p =
1.2 量纲和单位
电磁波为： 电磁波为： E x = E 0 x cos (ω t − βz ) V/m 为了理解频率上限，在自由空间， 为了理解频率上限，在自由空间，向正 z 方向传播的平面
H y = H 0 y cos (ω t − βz ) A/m
是x方向的电场矢量 是y方向的磁场矢量
平面电磁波的主要性质： 平面电磁波的主要性质： 1. 电磁波是横波，E和H都与传播方向垂直； 电磁波是横波， 和 都与传播方向垂直 都与传播方向垂直； 2. E和H互相垂直，且同相位。 互相垂直， 和 互相垂直 且同相位。
一般射频系统方框图
天线
语音 信号 经过 抽样 量化 编码 处理 或计 算机 信号
混频器 切换开关
DAC 数 字 电 路
数-模变换器 模变换器
PA OSC
本地振荡器 发射功率放大器
ADC
模-数换器 数变换器
LPF
低通滤波器
PA
第一章 射频电路导论
1.1.1 无线电远程通信起始于意大利人马可尼从1895年
开始的室外电磁波通信实验， 最初的目的是实现无 线电报。 经过100多年的发展， 无线电远程通信从无 线电报发展到无线电广播、 电视、 移动通信等， 逐步覆盖了陆地、 海洋和太空， 从固定通信发展到移动通信， 从模拟通信发展到数 字通信。 无线电广播、电视和移动通信使用的无线 电频率为300kHz~3000 MHz。 图1.1.2给出了无
第一章 射频电路导论
1.1 虽然射频电路系统的具体设备多种多样， 组成和复杂程度不同， 但系统的最基本结构相 同， 如图1.1.1所示， 包括发射机和接收机两 个主要部分。
第一章 射频电路导论
图1.1.1 射频电路系统的最基本结构
第一章 射频电路导论
图1.1.1中， 信道即无线电波的传输媒质， 如空气、 真空、 海水、 地表。
iC=a0+a1(u1+u2)
第一章 射频电路导论
上式是转移特性曲线以Q为中心， 在Q附近的一阶泰勒级数展 开式。 其中， a0是ICQ， a1是晶体管在Q处的交流跨导gm。 上 式可写为
iC a0 a1 (u1 u2 ) a0 a1u1 a1u2
a0 a1U1m cos1t a1U 2m cos2t
第一章 射频电路导论
1.1.3 蓝牙工作在全球通用的2.4 GHz工业、 科学和医
学(ISM) 频段， 采用高斯频移键控（GFSK）调制， 利用时分 双工传输方案， 最大数据传输速率为1 Mb/s， 最大 传输距离为10m, 支持点对点及点对多点通信， 通过 采用跳频、 短数据包和自适应发射功率来进行调节 以提高抗干扰能力， 系统最大跳频速率为1600跳/s， 在2.402~2.480 GHz之间采用79个间隔1 MHz的频点。
开始的室外电磁波通信实验， 最初的目的是实现无 线电报。 经过100多年的发展， 无线电远程通信从无 线电报发展到无线电广播、 电视、 移动通信等， 逐步覆盖了陆地、 海洋和太空， 从固定通信发展到移动通信， 从模拟通信发展到数 字通信。 无线电广播、电视和移动通信使用的无线 电频率为300kHz~3000 MHz。 图1.1.2给出了无
第一章 射频电路导论
1.1 虽然射频电路系统的具体设备多种多样， 组成和复杂程度不同， 但系统的最基本结构相 同， 如图1.1.1所示， 包括发射机和接收机两 个主要部分。
第一章 射频电路导论
图1.1.1 射频电路系统的最基本结构
第一章 射频电路导论
图1.1.1中， 信道即无线电波的传输媒质， 如空气、 真空、 海水、 地表。
iC=a0+a1(u1+u2)
第一章 射频电路导论
上式是转移特性曲线以Q为中心， 在Q附近的一阶泰勒级数展 开式。 其中， a0是ICQ， a1是晶体管在Q处的交流跨导gm。 上 式可写为
iC a0 a1 (u1 u2 ) a0 a1u1 a1u2
a0 a1U1m cos1t a1U 2m cos2t
第一章 射频电路导论
1.1.3 蓝牙工作在全球通用的2.4 GHz工业、 科学和医
学(ISM) 频段， 采用高斯频移键控（GFSK）调制， 利用时分 双工传输方案， 最大数据传输速率为1 Mb/s， 最大 传输距离为10m, 支持点对点及点对多点通信， 通过 采用跳频、 短数据包和自适应发射功率来进行调节 以提高抗干扰能力， 系统最大跳频速率为1600跳/s， 在2.402~2.480 GHz之间采用79个间隔1 MHz的频点。
Chap1_绪论
射频电路设计基础
第一章 绪论
射频电路设计Chap1 # 1
射频？
射频电路设计Chap1 # 2
数字： 模拟： 射频： 微波： 毫米波： 太赫兹波： 红外： 光波： 紫外： X射线： γ射线：
0 频谱
射频电路设计Chap1 # 3
0 频谱
频段
电气和电子工程师学会(IEEE) 频谱
射频电路设计Chap1 # 40
在多数情况下导体的μr=1，故趋肤厚度随着频率 的升高迅速降低。
1
0.9
σCu=64.516×106S/m
0.8 0.7
Al
σAl=40.0×106S/m
0.6 0.5
σAu=48.544×106S/m Au
0.4 0.3
0.2 Cu
铜、铝、金的趋肤厚 度与频率的关系曲线
VHF/UHF为典型的电视工作波段，其波长已经与电子系统的实际尺寸 相当，在有关的电子线路中必须考虑电流和电压的波动性质。
RF范围：VHF—SHF波段。MW范围：X波段及以上。
射频电路设计Chap1 # 4
美国：无线电频率划分图
射频电路设计Chap1 # 5
中华人民共和国：无线电频率划分图
射频电路设计Chap1 # 6
射频电路设计Chap1 # 32
我们的学习
集成电路基础：
➢ 器件基础
• 无源器件： • 有源器件：
➢ 理论及工具
• 传输线理论： • Smith圆图： • 散射参数：
➢ 设计方法
• 偏置网络： • 匹配网络：
射频单元电路分析
➢ 滤波器： ➢ 振荡器： ➢ 放大器： ➢ 振荡器： ➢ 混频器：
射频IC工程分析、设计和 测试
第一章 绪论
射频电路设计Chap1 # 1
射频？
射频电路设计Chap1 # 2
数字： 模拟： 射频： 微波： 毫米波： 太赫兹波： 红外： 光波： 紫外： X射线： γ射线：
0 频谱
射频电路设计Chap1 # 3
0 频谱
频段
电气和电子工程师学会(IEEE) 频谱
射频电路设计Chap1 # 40
在多数情况下导体的μr=1，故趋肤厚度随着频率 的升高迅速降低。
1
0.9
σCu=64.516×106S/m
0.8 0.7
Al
σAl=40.0×106S/m
0.6 0.5
σAu=48.544×106S/m Au
0.4 0.3
0.2 Cu
铜、铝、金的趋肤厚 度与频率的关系曲线
VHF/UHF为典型的电视工作波段，其波长已经与电子系统的实际尺寸 相当，在有关的电子线路中必须考虑电流和电压的波动性质。
RF范围：VHF—SHF波段。MW范围：X波段及以上。
射频电路设计Chap1 # 4
美国：无线电频率划分图
射频电路设计Chap1 # 5
中华人民共和国：无线电频率划分图
射频电路设计Chap1 # 6
射频电路设计Chap1 # 32
我们的学习
集成电路基础：
➢ 器件基础
• 无源器件： • 有源器件：
➢ 理论及工具
• 传输线理论： • Smith圆图： • 散射参数：
➢ 设计方法
• 偏置网络： • 匹配网络：
射频单元电路分析
➢ 滤波器： ➢ 振荡器： ➢ 放大器： ➢ 振荡器： ➢ 混频器：
射频IC工程分析、设计和 测试
射频电路设计一PPT课件
• 教材：
1、射频电路设计——理论与应用 美Ludwig,R. 徐承和等译 电子工业出版社 2003-05
2、ADS应用详解——射频电路设计与仿真 陈艳华等编著 人民邮电出版社
• 参考书： 1、射频电路设计 黄智伟编著 电子工业出版社 2006-04
2、射频电路设计 美W.Alan.Davis 李福乐译 机械工业出版社 2005-10－09
精选ppt
高频电感的等效电路 15
1.4.3 高频电感－射频特性2
• 一个射频线圈的阻抗绝对值与频率的关 系如右图所示：当频率接近谐振点时， 射频线圈（RFC）的阻抗迅速提高，当 频率继续提高时，寄生电容Cs的影响则 成为主要的，线圈的阻抗降低。
• 线圈电阻的影响通常用品质因数Q来表 示
Q X Rs
晶体薄片具有正、反压电效应。当石英晶体薄片的几 何尺寸和结构一定时，具有一个固有的机械振动频率。 当高频交流电压加于晶片两端时，晶片将随交变信号 的变化而产生机械振动，当信号频率与晶片固有振动 频率相等时，产生了谐振。
•
石 常小英，晶所体以谐振石英器晶的等体谐效振电感器具Lq非有常非大常，高而的CQq值和，rq都其非Q 值为
➢ 射频电路的主要部件：
– 传输线
– 滤波器
– 功率放大器
– 混频器和振荡器
精选ppt
7
1.2 量纲和单位
➢在自由空间，向z方向传播的平面电磁（EM）波，
➢当E⊥H⊥传播方向时，即为横电磁（TEM)波： ➢特性阻抗（波阻抗）：电场和磁场分量的比
➢波相速：
精选ppt
8
1.3 频谱
精选ppt
9
1.4 无源元件的射频特性
典型的表面线装电感的尺寸为60X120mil， 电感值从1nH至1000µH。
射频电路设计1-绪论
用于测量信号的功率。
频谱分析仪
用于测量信号的频率、功率和失真等参数。
阻抗匹配器
用于确保测试系统的阻抗匹配，减少信号反 射和损耗。
测试方法与流程
1 2
测试准备
根据测试需求，选择合适的测试仪器和设备，搭 建测试环境。
测试步骤
按照规定的步骤进行测试，记录各项参数和数据。
3
测试结果分析
对测试数据进行分析，评估电路性能，找出潜在 问题。
变压器
要点一
总结词
变压器是射频电路中实现电压转换和阻抗匹配的重要元件 。
要点二
详细描述
变压器是一种利用磁耦合原理实现电压、电流和阻抗变换 的电子元件。在射频电路中，变压器常用于信号的放大、 变频和传输等功能。变压器的性能指标包括变比、效率、 绝缘电阻和温升等。在选择变压器时，需要考虑其工作频 率、额定电压和电流等因素，以确保其在射频电路中的正 常工作和稳定性。
05
射频电路的测试与验证
05
射频电路的测试与验证
测试环境搭建
信号源
用于提供射频信号，模拟实际工作条件。
功率计
用于测量信号的功率。
频谱分析仪
用于测量信号的频率、功率和失真等参数。
阻抗匹配器
用于确保测试系统的阻抗匹配，减少信号反 射和损耗。
测试环境搭建
信号源
用于提供射频信号，模拟实际工作条件。
功率计
02
在这一阶段，设计师需要选择 合适的电子元件和电路拓扑结 构，并利用电路仿真工具对电 路性能进行预测和优化。
03
电路级设计还需要考虑电路的 稳定性、噪声、失真等因素， 以确保射频电路的性能稳定可 靠。
电路级设计
01
电路级设计是射频电路设计的 核心环节，主要任务是根据系 统要求，设计和优化射频电路 的各个组成部分。
频谱分析仪
用于测量信号的频率、功率和失真等参数。
阻抗匹配器
用于确保测试系统的阻抗匹配，减少信号反 射和损耗。
测试方法与流程
1 2
测试准备
根据测试需求，选择合适的测试仪器和设备，搭 建测试环境。
测试步骤
按照规定的步骤进行测试，记录各项参数和数据。
3
测试结果分析
对测试数据进行分析，评估电路性能，找出潜在 问题。
变压器
要点一
总结词
变压器是射频电路中实现电压转换和阻抗匹配的重要元件 。
要点二
详细描述
变压器是一种利用磁耦合原理实现电压、电流和阻抗变换 的电子元件。在射频电路中，变压器常用于信号的放大、 变频和传输等功能。变压器的性能指标包括变比、效率、 绝缘电阻和温升等。在选择变压器时，需要考虑其工作频 率、额定电压和电流等因素，以确保其在射频电路中的正 常工作和稳定性。
05
射频电路的测试与验证
05
射频电路的测试与验证
测试环境搭建
信号源
用于提供射频信号，模拟实际工作条件。
功率计
用于测量信号的功率。
频谱分析仪
用于测量信号的频率、功率和失真等参数。
阻抗匹配器
用于确保测试系统的阻抗匹配，减少信号反 射和损耗。
测试环境搭建
信号源
用于提供射频信号，模拟实际工作条件。
功率计
02
在这一阶段，设计师需要选择 合适的电子元件和电路拓扑结 构，并利用电路仿真工具对电 路性能进行预测和优化。
03
电路级设计还需要考虑电路的 稳定性、噪声、失真等因素， 以确保射频电路的性能稳定可 靠。
电路级设计
01
电路级设计是射频电路设计的 核心环节，主要任务是根据系 统要求，设计和优化射频电路 的各个组成部分。
射频微波电路导论 课件(西电版)第1章
射频电路布线与PCB制作
高功率发射电路远离低功率接收电路 〃保证充足的物理空间 〃布置在PCB板的两面 〃加金属屏蔽罩
射频电路布线与PCB制作
布线时作为常规应考虑以下基本原则 1、射频器件管脚间引线越短越好 2、可靠的接地是器件稳定工作的保证 3、射频信号间避免近距离平行走线，射频 输出远离射输入 4、保证印制板导线最小宽度 因设计条件的制约无法实施常规准则时，必须学会 进折中处理
ΓOUT = S’22
ΓL
' S22 S22
RL
放大器电路方块图
S12 S21S 1 S11S
小信号放大器设计步骤
小信号放大器设计步骤
1.根据指标选择适当晶体管 2.设计直流偏置电路 3.测量晶体管的S参数 3.判断稳定性 4.根据单向化系数确定单、双向化设计 5.设计输入输出匹配网络 ①最大增益设计 ②等增益设计 ③最佳噪声设计
两大步骤：布局、布线
布局 布局是设计中一个重要的环节，合理的布局是 PCB设计成功的第一步，是实现一个优秀RF设 计的关键。 布局规则 1、设置去耦电容 2、确保射频信号路径最短 3、高功率发射电路远离低功率接收电路
射频电路布线与PCB制作
电源设置去耦电容
射频电路布线
与PCB制作
确定射频信号最短路径
射频模块
项次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 OPEN/SHORT/THRU п 型 T 型阻抗匹配器 电阻式功率分配器 威尔金森微带功率分配器 п 型 T 型衰减器 L－C 定向耦合器 微带线定向耦合器 滤波器 放大器 振荡器 压控振荡器 变频器，倍频器 混频器 微波控制电路 天线 模块
平行线定向耦合器的应用
《射频电路设计一》课件
设计匹配网络
为确保信号传输效率，设计合适的信号源和负载 匹配网络。
3
设计滤波器、功分器等辅助电路
根据系统需求，设计相应的滤波器、功分器等辅 助电路。
电路版图绘制与仿真验证
使用专业软件绘制电路版图
使用专业软件，如Cadence、Mentor Graphics等，绘制射频电路 的版图。
进行电磁仿真验证
《射频电路设计一 》ppt课件
目 录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 射频电路的分析方法 • 射频电路的设计流程 • 射频电路的调试与优化 • 案例分析
01
射频电路概述
定义与特点
定义
射频电路是指工作在射频频段的 电子电路，通常用于无线通信、 雷达、导航等领域。
特点
射频电路具有高频率、高带宽、 高灵敏度等特点，能够实现高速 、远距离的无线信号传输。
具有通直流阻交流的特性，常用于滤波、 振荡、延迟等电路中。
种类
包括空心电感、磁芯电感、变压器等。
应用
在射频电路中，电感常用于调谐、匹配、 滤波等电路中。
电阻
定义
导体对电流的阻碍作用称为电阻，是一个物理量，符号为R。
特性
具有消耗电能的作用，常用于限流、分压等电路中。
种类
包括碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等。
传输线近似分析法
总结词
传输线近似分析法适用于分析传输线和微波网络，通过将电路简化为传输线模型 ，便于理解和计算。
详细描述
传输线近似分析法主要应用于传输线和微波网络的射频电路设计。该方法将电路 简化为传输线模型，通过求解传输线和微波网络的参数来分析电路性能。该方法 计算简便，精度较高，适用于对信号传输特性要求较高的场合。
为确保信号传输效率，设计合适的信号源和负载 匹配网络。
3
设计滤波器、功分器等辅助电路
根据系统需求，设计相应的滤波器、功分器等辅 助电路。
电路版图绘制与仿真验证
使用专业软件绘制电路版图
使用专业软件，如Cadence、Mentor Graphics等，绘制射频电路 的版图。
进行电磁仿真验证
《射频电路设计一 》ppt课件
目 录
• 射频电路概述 • 射频电路的基本元件 • 射频电路的分析方法 • 射频电路的设计流程 • 射频电路的调试与优化 • 案例分析
01
射频电路概述
定义与特点
定义
射频电路是指工作在射频频段的 电子电路，通常用于无线通信、 雷达、导航等领域。
特点
射频电路具有高频率、高带宽、 高灵敏度等特点，能够实现高速 、远距离的无线信号传输。
具有通直流阻交流的特性，常用于滤波、 振荡、延迟等电路中。
种类
包括空心电感、磁芯电感、变压器等。
应用
在射频电路中，电感常用于调谐、匹配、 滤波等电路中。
电阻
定义
导体对电流的阻碍作用称为电阻，是一个物理量，符号为R。
特性
具有消耗电能的作用，常用于限流、分压等电路中。
种类
包括碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等。
传输线近似分析法
总结词
传输线近似分析法适用于分析传输线和微波网络，通过将电路简化为传输线模型 ，便于理解和计算。
详细描述
传输线近似分析法主要应用于传输线和微波网络的射频电路设计。该方法将电路 简化为传输线模型，通过求解传输线和微波网络的参数来分析电路性能。该方法 计算简便，精度较高，适用于对信号传输特性要求较高的场合。
《射频通信电路》第一章---文本资料
《射频通信电路》常树茂
射频通信电路设计
西安邮电学院 电工学院微波技术教研室 常树茂
《射频通信电路》常树茂
课程的要求和说明
教材：射频通信电路设计，刘长军，科学出版社 参考书1：《微波技术基础》，廖承恩，西电出版社
参考书2：
《微波工程》，Pozar，电子工业出版社
参考书3：《射频电路设计—理论与应用》，Reinhold ，电子出版社
高频 HF 甚高频 VHF 特高频 UHF 超高频 SHF 极高频 EHF
《射频通信电路》常树茂
移动通讯系统
系统名称 频带 （上行） MHz 频带 （下行） MHz 频带宽度 通道选择 信道宽 信道/载波 通道数 用户数 双工方式 通道比特率 调制 移动峰值功率 移动平均功率 IS-54 869~894 824~849 50MHz TDMA/ FDMA 30kHz 3 832 2496 FDD 48.6kbps
《射频通信电路》常树茂
1.3.2l/8设计准则
线路板 > l/8
射频电路设计 考虑分布参数
考虑传输线效应
线路板 < l/8
低频电路设计
《射频通信电路》常树茂
l/8设计准则 例1
例 1-3：某 CPU 的内部核心电路尺寸为 5mm 左 右，时钟频率达到了 2GHz。请判断 CPU 内部电路设 计是否需按照传输线理论进行分析和设计。 解：2GHz 信号对应的波长为
《射频通信电路》常树茂
1.2
射频通信系统
利用更宽的频带和更高的信息容量；
通信设备的体积进一步减小； 解决频率资源日益紧张的问题；
通信信道频率间隙增大，减小干扰；
小尺寸天线，高增益，移动通信系统
射频通信电路设计
西安邮电学院 电工学院微波技术教研室 常树茂
《射频通信电路》常树茂
课程的要求和说明
教材：射频通信电路设计，刘长军，科学出版社 参考书1：《微波技术基础》，廖承恩，西电出版社
参考书2：
《微波工程》，Pozar，电子工业出版社
参考书3：《射频电路设计—理论与应用》，Reinhold ，电子出版社
高频 HF 甚高频 VHF 特高频 UHF 超高频 SHF 极高频 EHF
《射频通信电路》常树茂
移动通讯系统
系统名称 频带 （上行） MHz 频带 （下行） MHz 频带宽度 通道选择 信道宽 信道/载波 通道数 用户数 双工方式 通道比特率 调制 移动峰值功率 移动平均功率 IS-54 869~894 824~849 50MHz TDMA/ FDMA 30kHz 3 832 2496 FDD 48.6kbps
《射频通信电路》常树茂
1.3.2l/8设计准则
线路板 > l/8
射频电路设计 考虑分布参数
考虑传输线效应
线路板 < l/8
低频电路设计
《射频通信电路》常树茂
l/8设计准则 例1
例 1-3：某 CPU 的内部核心电路尺寸为 5mm 左 右，时钟频率达到了 2GHz。请判断 CPU 内部电路设 计是否需按照传输线理论进行分析和设计。 解：2GHz 信号对应的波长为
《射频通信电路》常树茂
1.2
射频通信系统
利用更宽的频带和更高的信息容量；
通信设备的体积进一步减小； 解决频率资源日益紧张的问题；
通信信道频率间隙增大，减小干扰；
小尺寸天线，高增益，移动通信系统
射频电路设计--理论与应用
射频电路设计--理论与应用第1章引言1 1 射频设计的重要性1 2 量纲和单位1 3 频谱1 4 无源元件的射频特性1 4 1 高频电阻1 4 2 高频电容1 4 3 高频电感1 5 片状元件及对电路板的考虑1 5 1 片状电阻1 5 2 片状电容1 5 3 表面安装电感1 6 小结参考文献习题第2章传输线分析2 1 传输线理论的实质2 2 传输线举例2 2 1 双线传输线2 2 2 同轴线2 2 3 微带线2 3 等效电路表示法2 4 理论基础2 4 1 基本定律2 5 平行板传输线的电路参量2 6 各种传输线结构小结2 7 一般的传输线方程2 7 1 基尔霍夫电压和电流定律表示式2 7 2 行进的电压和电流波2 7 3 阻抗的一般定义2 7 4 无耗传输线模型2 8 微带传输线2 9 端接负载的无耗传输线2 9 1 电压反射系数2 9 2 传播常数和相速2 9 3 驻波2 10 特殊的终端条件2 10 1 端接负载无耗传输线的输入阻抗2 10 2 短路传输线2 10 3 开路传输线2 10 4 1/4波长传输线2 11 信号源和有载传输线2 11 1 信号源的相量表示法2 11 2 传输线的功率考虑2 11 3 输入阻抗匹配2 11 4 回波损耗和插入损耗2 12 小结参考文献习题第3章 Smith圆图 3 1 从反射系数到负载阻抗3 1 1 相量形式的反射系数3 1 2 归一化阻抗公式3 1 3 参数反射系数方程3 1 4 图形表示法3 2 阻抗变换3 2 1 普通负载的阻抗变换3 2 2 驻波比3 2 3 特殊的变换条件3 2 4 计算机模拟3 3 导纳变换3 3 1 参数导纳方程3 3 2 叠加的图形显示3 4 元件的并联和串联3 4 1 R和L元件的并联3 4 2 R和C元件的并联3 4 3 R和L元件的串联3 4 4 R和C元件的串联3 4 5 T形网络的例子3 5 小结参考文献习题第4章单端口网络和多端口网络4 1 基本定义4 2 互联网络4 2 1 网络的串联4 2 2 网络的并联4 2 3 级连网络4 2 4 ABCD网络参量小结4 3 网络特性及其应用4 3 1 网络参量之间的换算关系4 3 2 微波放大器分析4 4 散射参量4 4 1 散射参量的定义4 4 2 散射参量的物理意义4 4 3 链形散射矩阵4 4 4 Z参量与S参量之间的转换4 4 5 信号流图模型4 4 6 S参量的推广4 4 7 散射参量的测量4 5 小结参考文献习题第5章射频滤波器设计5 1 谐振器和滤波器的基本结构5 1 1 滤波器的类型和技术参数5 1 2 低通滤波器5 1 3 高通滤波器5 1 4 带通和带阻滤波器5 1 5 插入损耗5 2 特定滤波器的实现5 2 1 巴特沃斯滤波器5 2 2 切比雪夫滤波器5 2 3 标准低通滤波器设计的反归一化5 3 滤波器的实现5 3 1 单位元件5 3 2 Kurodac规则5 3 3 微带线滤波器的设计实例5 4 耦合微带线滤波器5 4 1 奇模和偶模的激励5 4 2 带通滤波器单元5 4 3 级连带通滤波器单元5 4 4 设计实例5 5 小结c参考文献习题第6章有源射频元件6 1 半导体基础6 1 1 半导体的物理特性6 1 2 PN结6 1 3 肖特基(Schottky)接触6 2 射频二极管6 2 1 肖特基二极管6 2 2 PIN二极管6 2 3 变容二极管6 2 4 IMPATT二极管6 2 5 隧道二极管6 2 6 TRAPATT,134BARRITT和Gunn二极管6 3 BJT双极结晶体管（Bipolar JunctioncTransistor) 6 3 1 结构6 3 2 功能6 3 3 频率响应6 3 4 温度性能6 3 5 极限值6 4 射频场效应晶体管6 4 1 结构6 4 2 功能6 4 3 频率响应6 4 4 极限值6 5 高电子迁移率晶体管6 5 1 结构6 5 2 功能6 5 3 频率响应6 6 小结参考文献习题 第7章有源射频电路器件模型 7.1 二极管模型7.1.1 非线性二极管模型7.1.2 线性二极管模型7.2 晶体管模型7.2.1 大信号BJT模型7.2.2 小信号BJT模型7.2.3 大信号FET模型7.2.4 小信号FET模型7.3 有源器件的测量7.3.1 双极结晶体管的DC特性7.3.2 双极结晶体管的AC参量的测量7.3.3 场效应晶体管参量的测量7.4 用散射参量表征器件特性7.5 小结参考文献习题第8章匹配网络和偏置网络 8 1 分立元件的匹配网络8 1 1 双元件的匹配网络8 1 2 匹配禁区.c频率响应以及品质因数8 1 3 T形匹配网络和π形匹配网络 8 2 微带线匹配网络8 2 1 从分立元件到微带线8 2 2 单节短截线匹配网络8 2 3 双短截线匹配网络8 3 放大器的工作状态和偏置网络8 3 1 放大器的工作状态和效率8 3 2 双极结晶体管的偏置网络8 3 3 场效应晶体管的偏置网络8 4 小结参考文献习题第9章射频晶体管放大器设计 9 1 放大器的特性指标9 2 放大器的功率关系9 2 1 射频源9 2 2 转换功率增益9 2 3 其他功率关系9 3 稳定性判定9 3 1 稳定性判定圆9 3 2 绝对稳定9 3 3 放大器的稳定措施9 4 增益恒定9 4 1 单向化设计法9 4 2 单向化设计误差因子9 4 ３双共轭匹配设计法9 4 4 功率增益和资用功率增益圆9 5 噪声系数圆9 6 等驻波比圆9 7 宽带高功率多级放大器9 7 1 宽带放大器9 7 2 大功率放大器9 7 3 多级放大器9 8 小结参考文献习题第10章振荡器和混频器10 1 振荡器的基本模型10 1 1 负阻振荡器10 1 2 反馈振荡器的设计10 1 3 振荡器的设计步骤10 1 4 石英晶体振荡器10 2 高频振荡器电路10 2 1 固定频率振荡器10 2 2 介质谐振腔振荡器10 2 3 YIG调谐振荡器10 2 4 压控振荡器10 2 5 耿氏二极管（Gunncdiode）振荡器10 3 混频器的基本特征10 3 1 基本原理10 3 2 频域分析10 3 3 单端混频器设计10 3 4 单平衡混频器10 3 5 双平衡混频器10 4 小结参考文献习题附录A 常用物理量和单位 附录B 圆柱导体的趋肤公式附录C 复数附录D 矩阵变换 附录E 半导体的物理参量附录F 长和短的二极管模型附录G 耦合器附录H 噪声分析附录I MATLAB简介附录J 本书中英文缩写词。
射频电路理论与设计第1章 传输线理论
（1.5）
式（1.5）称为均匀传输线方程，又称 为电报方程。
dV R jL I dz dI G jC V dz
（1.7）
1.3.2 均匀传输线方程的解
V z A1e jz A2 e jz 1 I z A1e jz A2 e jz Z0
图 1.1 平行双导线
图 1.2 同轴线
图1.3 带状线
图1.4 微带线
1.2 传输线等效电路表示法
1.2.1 长线
传输线理论是长线理论。传输线是。
电长度定义为传输线的几何长度l与其 上工作波长λ的比值。当传输线的几何长度 l比其上所传输信号的工作波长λ还长或者 可以相比拟时，传输线称为长线；反之则 可称为短线。
第1 章 传输线理论
传输线是用以从一处至另一处传输电 磁能量的装置。传输线理论是分布参数电 路理论，它在场分析和基本电路理论之间 架起了桥梁。
随着工作频率的升高，波长不断减小， 当波长可以与电路的几何尺寸相比拟时， 传输线上的电压和电流将随空间位置而变 化，使电压和电流呈现出波动性，这一点 与低频电路完全不同。
分布电导G——传输线单位长度上的 总电导值，单位为S/m。
分布电感L——传输线单位长度上的 总电感值，单位为H/m。 分布电容C——传输线单位长度上的 总电容值，单位为F/m。
1.2.3 传输线的等效电路
图 1.5 传输线的等效电路
1.3 传输线方程及其解
1.3.1 均匀传输线方程
传输线方程是研究传输线上电压、电 流的变化规律，以及它们之间相互关系的 方程。
传输线有TEM传输线和TE传输线、 TM传输线（如波导），本书射频电路只 涉及TEM传输线。
射频电路理论与设计(第2版) 第1章 引言
1.2.1 频率与波长
众所周知，在自由空间工作频率与工 作波长的乘积等于光的速度，也即 fλ= c = 3×108m/s （1.1）
式中，f为工作频率；λ为工作波长；c 为光的速度。式（1.1）的结论是：频率越 高波长越短。射频频段有很高的频率，所 以射频的工作波长很短。
在电路设计中，当频率较高、电路电路。
本书有配套的ADS射频电路仿真教材， 由为人民邮电出版社出版。 1.《ADS射频电路设计基础与典型应用》 2.《ADS射频电路仿真与实例详解》
1.4 本书安排
本书共分3大部分。 第1部分为射频电路基础知识和基本 理论。内容包括第1章引言和第2～4章，主 要介绍射频电路的基本概念、基本参数、 图解工具和基本研究方法。
对于电磁频谱，按照频率从低到高 （波长从长到短）的次序，可以划分为不 同的频段，电子通信的发展历程，实际上 就是所使用的载波频率由低到高的发展过 程。电通信的容量几乎与所使用的频率成 正比，对通信容量的要求越高，使用的频 率就越高。
一般认为，当频率高于30MHz时电路 的设计就需考虑射频电路理论；而射频电 路理论应用的典型频段为几百MHz至 4GHz，在这个频率范围内，电路需要考虑 分布参数的影响，低频的基尔霍夫电路理 论不再适用。
射频电路理论与设计 （第2版）
第1 章 引言
在射频频段，电路出现了许多独特的 性质，这些性质在常用的低频电路中从未 遇到，因此需要建立新的射频电路理论体 系。射频电路理论是电磁场理论与传统电 子学的融合，它将电磁场的波动理论引入 电子学，形成了射频电路的理论体系和设 计方法。
1.1
射频概念
射频电路的特点
第2部分为射频电路设计。内容包括 第5 ～ 11章的谐振电路设计、匹配电路设 计、滤波器设计、放大器设计、振荡器设 计、混频器设计和检波器设计。
射频电路设计第一章
噪声系数
01
噪声系数
描述了电路内部噪声对信号的影响 程度，通常用噪声系数表示。
灵敏度
描述了电路能够检测到的最小信号 强度，通常用灵敏度表示。
03
02
信噪比
描述了信号与噪声之间的比例关系， 通常用信噪比表示。
选择性
描述了电路对不同频率信号的选择 能力，通常用选择性表示。
04
05
射频电路的设计流程
系统指标分析
动态范围
描述了电路能够处理的信号强度范围，通常 用动态范围表示。
功率增益
功率增益
描述了电路对输入信号的功率放大能力，通 常用功率增益表示。
效率
描述了电路将直流功率转化为射频功率的能 力，通常用效率表示。
稳定性
描述了电路在不同工作条件下的性能稳定性， 通常用稳定性表示。
可靠性
描述了电路在不同工作条件下的寿命和可靠 性，通常用可靠性表示。
匹配网络
为避免信号反射和能量损失，需要 设计合适的匹配网络，使元件与传 输线之间达到良好的阻抗匹配。
元件稳定性
考虑元件在射频频率下的稳定性， 以及温度、湿度等环境因素对元件 性能的影响。
电路仿真与优化
电路模型建立
根据实际电路结构和元件参数，建立精确的电路模型。
仿真分析
利用仿真软件对电路模型进行分析，预测电路性能。
感谢观看
THANKS
射频电路的应用领域
无线通信
雷达与导航
广播
物联网
手机、基站、无线局域 网等。
气象雷达、卫星定位系 统等。
电视广播、调频广播等。
传感器节点、智能家居 等。
射频电路的发展趋势
01
02
03
射频模拟电路_No1_绪论32页文档
射频模拟电路_No1_绪论
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
射频电路设计课程内容提要
有关芯片的技术指标、内部结构、引脚功能和封装尺 寸等可以作为作业，登录相关网站查询，以进一步加 深对电路实例的理解。
第3章 射频功率放大器电路设计
内容提要
射频功率放大器用来产生足够大的射频输出功率，并馈送 到天线上辐射出去。射频功率放大器的主要技术指标是输 出功率与效率。其电路通常由放大器件和阻抗匹配网络组 成，按工作状态分类可分为线性放大电路和非线性放大电
在调制中，载波信号的幅度随调制信号而变，称为幅 度调制（AM）；载波信号的频率随调制信号而变，称 为频率调制或调频（FM）；载波信号的相位随调制信 号而变，称为相位调制或调相（PM）。
数字信号对载波振幅调制称为振幅键控（ASK），对载 波频率调制称为频移键控（FSK），对载波相位调制称 为相移键控（即相位键控）（PSK）。
可利用所掌握的调制与解调电路的分析方法，对实例 电路结构形式进行研究。
可根据教学需要，对应用电路和印制电路板设计实例 展开讨论。有关芯片的技术指标、内部结构、引脚功 能和封装尺寸等可以作为作业，登录相关网站查询， 进一步加深对电路实例的理解。
第5章 混频器电路设计
内容提要
混频（变频）是将载频为fC的已调波变换为载频为fI的 已调波。将已调波载频搬至高于本振频率L，称为上 变频；把已调波载频搬至低于本振频率L，称为下变
知识要点
锁相环路（PLL），鉴相器（PD），压控振荡器 （VCO），环路滤波器，分频器，锁定，捕获，跟踪，
窄带滤波特性。
教学建议
本章的重点是掌握锁相环路（PLL）电路的一些基本概 念，锁相环路（PLL）的结构和分析方法，锁相环路 （PLL）应用电路结构形式和特点，基于单片集成电路 的锁相环路（PLL）电路、VCO电路、缓冲放大器电路 和前置分频器电路设计实例。建议学时数为4学时。
第3章 射频功率放大器电路设计
内容提要
射频功率放大器用来产生足够大的射频输出功率，并馈送 到天线上辐射出去。射频功率放大器的主要技术指标是输 出功率与效率。其电路通常由放大器件和阻抗匹配网络组 成，按工作状态分类可分为线性放大电路和非线性放大电
在调制中，载波信号的幅度随调制信号而变，称为幅 度调制（AM）；载波信号的频率随调制信号而变，称 为频率调制或调频（FM）；载波信号的相位随调制信 号而变，称为相位调制或调相（PM）。
数字信号对载波振幅调制称为振幅键控（ASK），对载 波频率调制称为频移键控（FSK），对载波相位调制称 为相移键控（即相位键控）（PSK）。
可利用所掌握的调制与解调电路的分析方法，对实例 电路结构形式进行研究。
可根据教学需要，对应用电路和印制电路板设计实例 展开讨论。有关芯片的技术指标、内部结构、引脚功 能和封装尺寸等可以作为作业，登录相关网站查询， 进一步加深对电路实例的理解。
第5章 混频器电路设计
内容提要
混频（变频）是将载频为fC的已调波变换为载频为fI的 已调波。将已调波载频搬至高于本振频率L，称为上 变频；把已调波载频搬至低于本振频率L，称为下变
知识要点
锁相环路（PLL），鉴相器（PD），压控振荡器 （VCO），环路滤波器，分频器，锁定，捕获，跟踪，
窄带滤波特性。
教学建议
本章的重点是掌握锁相环路（PLL）电路的一些基本概 念，锁相环路（PLL）的结构和分析方法，锁相环路 （PLL）应用电路结构形式和特点，基于单片集成电路 的锁相环路（PLL）电路、VCO电路、缓冲放大器电路 和前置分频器电路设计实例。建议学时数为4学时。
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下行频率（MHz）（基站发射） 935~960
925~935
双工间隔（MHz）
45
55
占用频谱（MHz）
225
210
通道数
124
49
绝对无线信道号（ARFCN） 1~124
975~1023
同时用户数
992
392
信道间隔
200kHz
调制方式
GMSK(BT)=0.3
数据传输速率
270.88kbps
比特持续期
解：2GHz 信号对应的波长为
l c 0.15m
f
计 算 得 到 l 19mm 。 按 照 l/8 的 设 计 准 则 ，
8
l 5mm l ，可以不按照传输线理论进行电路设计。
8
l/8设计准则 例1
例 1-4：射频电路尺寸为 10cm 左右，工作频率达 到了 900MHz。请判断该电路设计是否需按照传输线 理论进行分析和设计。
953.19MHz VCO
CH 1. Tx 825.03 MHz
836MHz
I 836MHz
PA
AMP
AMP
隔离器 Q
移相 网络
相位 检测 控制
VCO 128.16MHz
1.3 射频电路设计特点
分布参数
寄生电容、寄生电感
l/8准则
射频电路 还是 低频电路
趋肤效应
射频电阻
1.3.1 分布参数概念
0.03~0.25W
DECT 1880~1900 1880~1900 20MHz TDMA
1728kHz 12 10 120 TDD 1152kbps GMSK 250mW 10mW
GSM900和GSM1800
GSM900
频率范围
P 波段
G1 波段
上行频率（MHz）（手机发射） 890~915
880~890
趋肤深度定义
1 f
趋肤效应
铜的电导率为 6.45107 S / m ，导磁率=0，则在 f=1kHz、1MHz 和 1GHz 的频率下，趋肤深度分别为
f 1kHz 2.0mm f 1MHz 63m f 1GHz 2.0m
μ0=4π×10^-7特斯拉·米/安培
趋肤效应
集总参数元件是指一个独立的局域性元 件，能够在一定的频率范围内提供特定 的电路性能。
分布参数元件是指一个元件的特性延伸 扩展到一定的空间范围内，不再局限于 元件自身。
分布参数 例子1
例1-1 如果分布电容为 CD=1pF，请计算在 f=2kHz、2MHz 和 2GHz 时，分布电容的容抗 XD。
Matthew M. Radmanesh. Radio Frequency and Microwave Electronics Illustrated. PRENTICE HALL PTR, 2001
罗德，尼克著，刘光祜，张玉兴译。无线应用射频微波电路设 计。北京：电子工业出版社，2004
冈萨雷斯著，白晓东译。微波晶体管放大器分析与设计。北京： 清华大学出版社，2003
分布电感 LD 的感抗 XD。
解：根据感抗的计算公式可以得到 X D LD 2 fLD
在代入数据进行计算得到分布电感 LD 的感抗 XD 分别为 在频率 f=2kHz 时，感抗 XD=12.610-6 在频率 f=2MHz 时，感抗 XD=12.610-3 在频率 f=2GHz 时，感抗 XD=12.6
1.2 射频定义
射频（RF，Radio Frequency） 射频的频率范围定义为从30MHz到4GHz 发展趋势趋势高端频率为9GHz
1.2 微波的定义
微波（MW，Microwave） 自由空间中波长1mm到1m 频率300MHz至300GHz
1.2 射频通信系统
利用更宽的频带和更高的信息容量； 通信设备的体积进一步减小； 解决频率资源日益紧张的问题； 通信信道频率间隙增大，减小干扰； 小尺寸天线，高增益，移动通信系统
解：分布电容 CD 的容抗 XD 为
XD
1
CD
1
2 fCD
从而计算得到分布容抗 XD 为
在 f=2kHz 时，容抗 XD=79.6M
在 f=2MHz 时，容抗 XD=79.6k
在 f=2GHz 时，容抗 XD=79.6
分布参数 例2
例 1-2：如果分布电感 LD 为 1nH，求在 f=2kHz、2MHz 和 2GHz 时，
波长
1000km~10000km
100km~1000km
10km~100km 1km~10km 0.1km~1km 10m~100m 1m~10m 0.1m~1m 1cm~10cm 1mm~1cm
长波 中波 短波 米波 分米波 厘米波 毫米波
波长相对尺度 地球直径
山峰高度
高层建筑 人的身高 书本 手机 手指
解：900MHz 信号对应的波长为
l c 0.33m
f
计 算 得 到 l 4cm 。 按 照 l/8 的 设 计 准 则 ，
8
l 10cm l ，必须按照传输线理论进行电路设计。
8
1.3.3 趋肤效应
趋肤效应使电流集中在导体表层区域中，导 致有效导电面积的变小，使导体的交流电阻 的增加
2.69s
GSM1800 L 波段 1710~1785 1805~1880 95 275 374 512~885 2992
手机前端电路
881MHz
CH 1. Rx 870.03 MHz
881MHz LNA
83.16MHz
450kHz
450kHz
DSP
IF AMP
限幅器
82.71MHz VCO
双工器
0.25~2.5W
CT2 864~868 864~868 2MHz FDMA
100kHz 1 40 40 TDD 73kbps FSK 10mW 5mW
DCS1800 1805~1880 1710~1785 150MHz TDMA/ FDMA 200kHz 16 375 5984 FDD 271kbps GMSK 0.1 频率和波段的划分
波段 极低频 音频 甚低频 低频 中频 高频 甚高频 特高频 超高频 极高频
缩写 ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
频率范围 30Hz~300Hz 300Hz~3000Hz 3kHz~30kHz 30kHz~300kHz 300kHz~3000kHz 3MHz~30MHz 30MHz~300MHz 300MHz~3000MHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz
能做什么？
滤波器
微带线低通、带通、带阻滤波器
放大电路 (LNA, PA)
微带匹配电路 偏置电路
成绩评定方法
平时成绩 30分
出勤率+ 作业 10分
大作业
20分
期末考试 70分
第一章 绪论
波段划分
典型波段
射频的定义
频率范围
射频电路设计特点
分布参数 l/8准则 趋肤效应
1.3.2l/8设计准则
线路板 > l/8
射频电路设计 考虑分布参数 考虑传输线效应
线路板 < l/8
低频电路设计
l/8设计准则 例1
例 1-3：某 CPU 的内部核心电路尺寸为 5mm 左 右，时钟频率达到了 2GHz。请判断 CPU 内部电路设 计是否需按照传输线理论进行分析和设计。
圆柱形导体的射频电阻计算（<<a ） a2 a
RRF RDC 2 a 2 RDC
以半径为 a=0.5mm 的铜导线为例，在 1GHz 的频 率下，射频电阻 RRF 为
RRF 250RDC
第一章作业
必做： 3、4、5、6、8
选做： 10、11、12
谢谢大家！
射频电路设计
目录
第1章 绪论 第2章 射频电路基础 第3章 传输线理论 第4章 射频网络 第5章 滤波电路设计
第6章 匹配电路和偏置电路 第7章 射频放大电路 第8章 振荡电路 第9章 频率变换和调制电路 第10章 射频电路系统分析
参考书目
Reinhold Rudwig, Pavel Brechko. RF Circuit Design Theory and Applications. PRENTICE HALL PTR 2002
Jia-sheng Hong, M.J. Lancaster. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications. John Wiley & Sons, Inc., 2001
陈邦媛编著。射频通信电路。北京：科学出版社，2002 张玉兴编著。射频模拟电路。北京：电子工业出版社，2002
/4DQPSK
0.6~3W 0.6~3W
IS-95 869~894 824~849 50MHz CDMA/ FDMA 1250kHz 55~62 20 15960 FDD 12288kbps
BPSK/OQPSK
0.2~2W 0.2~2W
GSM 935~960 890~915 50MHz TDMA/ FDMA 200kHz 8 124 992 FDD 271kbps GMSK 2~20W
移动通讯系统
系统名称 频带（上行）MHz 频带（下行）MHz 频带宽度 通道选择
信道宽 信道/载波 通道数 用户数 双工方式 通道比特率 调制 移动峰值功率 移动平均功率
IS-54 869~894 824~849 50MHz TDMA/ FDMA 30kHz 3 832 2496 FDD 48.6kbps